Kluczowe aspekty projektowania pojazdów elektrycznych

Na rynku pojazdów elektrycznych pojawiają się liczne innowacje. Przedsiębiorstwa zajmują się udoskonalaniem produkcji akumulatorów, silników, przekładni i innych części samochodu, które są niezbędne do jego prawidłowego funkcjonowania. Prace prowadzone są też w zakresie produkcji paliw wodorowych i ogniw paliwowych.

Auto elektryczne – jaki jest zakres naszych prac?

W MES pracujemy nad zarządzaniem termiką i doradzamy przy projektowaniu komponentów stosowanych w pojazdach elektrycznych. Dziś to kluczowe obszary naszych badań. Dopracowujemy aspekty umożliwiające rozwój pojazdów elektrycznych, koordynujemy projekty komponentów, analizę porównawczą różnych globalnych projektów pojazdów elektrycznych oraz prace badawczo-rozwojowe nad metodami testowania, kombinacjami materiałów i cechami konstrukcyjnymi, które pomogą zaprojektować wysoce wydajne komponenty.

1) Przetworniki prądu stałego: Sercem każdego pojazdu elektrycznego jest wysokonapięciowy akumulator. Niezbędne jest obniżenie tego wysokiego napięcia prądu do obwodu pokładowego 12/24V, aby zasilić różne aplikacje i komponenty w pojeździe elektrycznym.

2) Falowniki: konwertują prąd stały z akumulatorów na prąd zmienny używany do zasilania silników elektrycznych pojazdów. Prąd stały jest doprowadzany do uzwojenia pierwotnego w transformatorze znajdującym się w obudowie przetwornicy. Poprzez elektroniczny przełącznik, kierunek przepływu prądu jest stale i regularnie odwracany.

3) Korektory akumulatorów: Wąskim gardłem pojazdów elektrycznych jest zestaw akumulatorów wysokiego napięcia, który zajmuje większość miejsca i zwiększa masę pojazdu. Obecnie głównym wyzwaniem dla przemysłu elektronicznego jest wyrównanie ogniw pakietu akumulatorów. Korektory baterii zwiększają jednorodność ogniw baterii i wydłużają żywotność baterii jako całości. Podstawowa technika wykorzystuje prosty izolowany przetwornik DC-DC z pojemnościowym filtrem wyjściowym oraz transformatorem z wieloma uzwojeniami. Wielu producentów OEM opracowało i nadal rozwija i stosuje integrację funkcji ładowania podtrzymującego z funkcją wyrównywania ładowania. Poprawiając tym wydajność, żywotność i wdrażanie niższych kosztów zamiast częstego ładowania lub używania większej liczby akumulatorów niż jest to wymagane.

4) Napęd elektryczny: Układ napędowy jest centralnym elementem pojazdu akumulatorowo-elektrycznego. Składający się z elektroniki sterującej, silnika elektrycznego, przekładni i akumulatora. Układ napędowy nie generuje emisji CO2 i zapewnia pełny moment obrotowy od samego początku. W 2030 roku jeden na trzy pojazdy będzie pojazdem akumulatorowo-elektrycznym, dzięki stale rosnącej wydajności napędu elektrycznego i malejącym całkowitym kosztom posiadania takich modeli.

5) Generatory (ładowarki pokładowe): Pokładowe ładowarki samochodowe przetwarzają energię prądu zmiennego z sieci elektrycznej na energię prądu stałego, niezbędną do ładowania akumulatorów. Ładowarki akumulatorów dla pojazdów elektrycznych typu plug-in są obecnie oparte na tradycyjnych układach ładowania o wysokiej częstotliwości. Mogą one być umieszczone w pojeździe lub poza nim, jako część szybkiej ładowarki DC.

6) Elektroniczne jednostki sterujące zasilaniem: Jednostka sterujące jest połączeniem przetwornicy i konwertera, który ładuje akumulator pojazdu elektrycznego podczas hamowania rekuperacyjnego, podczas którego odzyskuje energie kinetyczną i zamienia na prąd. Przepływ energii do i z akumulatora jest sterowany za pomocą jednostki kontrolnej w połączeniu z kombinacją przetwornica-akumulator.

7) Systemy termiczne: Komponenty pojazdów elektrycznych, takie jak falowniki, silniki, akumulatory, korektory baterii, zarządzanie energią i inne, zużywają ogromną ilość energii i generują dużo ciepła. Zarządzanie termiczne obejmuje regulację przepływu ciepła wewnątrz pojazdu. Komponenty muszą być eksploatowane w swoim optymalnym zakresie temperatur i jednocześnie zapewniać przyjemne temperatury dla pasażerów we wnętrzu pojazdu. Systemy te są bardzo złożone w porównaniu z konwencjonalnymi pojazdami wyposażonymi w silniki spalinowe. W pojazdach elektrycznych osie muszą być chłodzone przez cały czas, podczas gdy akumulator musi być chłodzony lub ogrzewany w zależności od danej sytuacji napędowej. Obieg czynnika chłodniczego i obieg chłodzenia muszą być optymalnie skoordynowane, aby transportować ciepło do wnętrza pojazdu i zapewnić wymagane temperatury. Połączenie tych dwóch obiegów zmienia się w zależności od zapotrzebowania na ogrzewanie lub chłodzenie.

8) Zestaw akumulatorów: Rozwój technologii zestawów akumulatorów był czynnikiem najbardziej ograniczającym rozwój i wykorzystanie pojazdów elektrycznych. Baterie są wykorzystywane do zasilania wielu systemów wysokiego napięcia, takich jak HVAC i silniki oraz systemów niskiego napięcia zasilających różne elementy pojazdów elektrycznych. Najczęściej stosowanym typem akumulatorów w nowoczesnych pojazdach elektrycznych są akumulatory litowo-jonowe i litowo-polimerowe, ze względu na ich wysoką gęstość energii w stosunku do ich masy. Inne rodzaje baterii wielokrotnego ładowania to między innymi baterie kwasowo-ołowiowe, niklowo-kadmowe, niklowo-wodorkowe.

9) Skrzynie biegów: Silniki spalinowe generują użyteczny moment obrotowy i moc tylko w wąskim zakresie prędkości obrotowych silnika. Aby przyspieszyć pojazd, wielobiegowe skrzynie biegów zmniejszają prędkość, zmieniając przełożenia, aby utrzymać silnik w jego zakresie mocy. Utrzymywanie silnika w jego zakresie mocy również okazuje się być najbardziej wydajne i trwałe. Co ciekawe, silniki elektryczne generują 100% swojego momentu obrotowego przy bardzo niskich prędkościach obrotowych. Posiadają również szeroki zakres działania. Nie trzeba pracować na biegu jałowym, a po naciśnięciu pedału gazu dostępna jest pełna moc. Z tego powodu pojazdy elektryczne nie potrzebują tradycyjnej wielobiegowej skrzyni biegów. Stąd też pojazd taki jak Tesla Model S, wyposażony jest w jednobiegową przekładnię o przełożeniu 9,73:1 typu step-down.

Ostatnio opublikowane

Kompleksowe zarządzanie łańcuchem dostaw - jak to robimy?

Kompleksowe zarządzanie łańcuchem dostaw - jak to robimy? Naszą domeną jest logistyka dostaw metalowych komponentów mechanicznych, od procesu produkcji po dostawę na linię produkcyjną klienta. Sam proces produkcji zaczyna się od wybrania odpowiedniego dostawcy,

Czytaj więcej

Precyzyjne odlewy części do układu napędowego maszyn rolniczych

Precyzyjne odlewy części do układu napędowego maszyn rolniczych Jakość – to słowo, które kojarzy się z odlewaniem metodą traconego wosku. Dzięki tej metodzie skomplikowane kształty części są normą. Gotowy produkt wygląda doskonale i ma

Czytaj więcej

Trzy imprezy targowe w nieco ponad miesiąc

Trzy imprezy targowe w nieco ponad miesiąc Trzy eventy targowe w niewiele ponad miesiąc?! Tak wyglądały nasze ostatnie tygodnie! Zaczęliśmy spotkaniem branży automotive w Krakowie, gdzie podczas 11 Forum Automotive Supplier rozmawialiśmy z klientami

Czytaj więcej